Глава 5 - ПРОЦЕДУРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ

Глава 5 - ПРОЦЕДУРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫБРОСОВ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ

5.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

5.1.1 Эти процедуры должны применяться при каждом первоначальном испытании для одобрения судового двигателя независимо от места проведения этого испытания (методы, описанные в 2.1.2.1 и 2.1.2.2).

5.1.2 В настоящей главе рассматриваются методы измерений и расчетов выбросов отработавших газов из поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в установившемся режиме работы, которые необходимы для определения средневзвешенной величины выбросов с отработавшими газами.

5.1.3 Многие из описанных ниже процедур являются подробными описаниями лабораторных методов, поскольку определение величины выбросов требует проведения сложного ряда отдельных измерений, а не получения одной измеренной величины. Таким образом, полученные результаты зависят от процесса проведения измерений в такой же степени, в какой они зависят от двигателя и метода испытаний.

5.1.4 В настоящую главу включены методы испытаний и измерений, проведение испытаний и протокол испытаний в качестве процедуры измерений на испытательном стенде.

5.1.5 В принципе, во время испытаний на выбросы двигатель должен быть оборудован теми же вспомогательными устройствами, с какими он будет использоваться на судне.

5.1.6 Для двигателей многих типов, подпадающих под действие настоящего Кодекса, вспомогательные устройства, которыми может быть оборудован двигатель во время эксплуатации, могут быть неизвестны во время изготовления или сертификации. Именно по этой причине выбросы выражаются на освове эффективной мощности, определенной в 1.3.13.

5.1.7 Когда неуместно испытывать двигатель при условиях, определенных в 5.2.3, например если двигатель и трансмиссия объединены в единый агрегат, двигатель может испытываться только с другими установленными вспомогательными устройствами. В этом случае установки динамометра должны определяться в соответствии с 5.2.3 и 5.9. Потери мощности на привод вспомогательных устройств не должны превышать 5% максимальной наблюдаемой мощности. Потери, превышающие 5%, должны одобряться соответствующей Администрацией перед испытаниями.

5.1.8 Все объемы и объемные расходы должны быть приведены к значениям 273 К (0°С) и 101,3 кПа.

5.1.9 Если не указано иное, все результаты измерений, данные испытаний или расчетов, требуемых настоящей главой, должны регистрироваться в протоколе испытаний двигателя в соответствии с 5.10.

5.2 УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ

5.2.1 Параметр условий испытаний и действительность испытаний для одобрения семейства двигателей

Параметр должен определяться в соответствия со следующими положениями:

.1 двигатели без наддува и двигатели с наддувом от приводного нагнетателя:

(1)

.2 двигатель с турбонагнетателем с охлаждением или без охлаждения всасываемого воздуха:

(2).

и для признания испытаний действительными параметр должен быть в пределах:

(3)

5.2.2 Двигатели с охлаждением наддувочного воздуха

5.2.2.1 Температуры охлаждающей среды и наддувочного воздуха должны регистрироваться. Система охлаждения должна быть установлена на работу двигателя с заданными частотой вращения и нагрузкой. Температура наддувочного воздуха и перепад давления в охладителе должны быть установлены в пределах К и кПа соответственно от значений по спецификации изготовителя.

5.2.2.2 Все двигатели, оборудованные так, как это предполагается для их установки на судах, должны быть способны работать в пределах допустимых уровней выбросов , указанных в правиле 13 3) Приложения VI, при температуре забортной воды 25°С.

5.2.3 Мощность

5.2.3.1 Основой измерений удельных выбросов является нескорректированная эффективная мощность.

5.2.3.2 Вспомогательные устройства, в которых нет необходимости для работы двигателя, но которые могут быть на нем установлены, для проведения испытаний могут быть демонтированы. См. также 5.1.5 и 5.1.6.

5.2.3.3 Если несущественные вспомогательные устройства не демонтированы, то должна быть определена потребляемая ими мощность при частотах вращения в режиме испытаний для расчета нескорректированной эффективной мощности в соответствии с формулой 18. См. также 5.12.5.1

5.2.4 Впускная система двигателя

Испытуемый двигатель должен быть оборудован впускной системой, которая обеспечивает сопротивление впуску, установленное изготовителем, и выступает в роли незасоренного воздухоочистителя в условиях эксплуатации двигателя, указанных изготовителем, и которая обеспечивает максимальный расход воздуха при соответствующем применении двигателя.

5.2.5 Выпускная система двигателя

Испытуемый двигатель должен быть оборудован выпускной системой, которая обеспечивает противодавление выпуску, указанное изготовителем для условий эксплуатации двигателя, а также максимальную заявленную мощность при соответствующем применении двигателя.

5.2.6 Система охлаждения

Должна использоваться система охлаждения двигателя с достаточной производительностью для поддержания работы двигателя при нормальных рабочих температурах, указанных изготовителем.

5.2.7 Смазочное масло

Должны быть зарегистрированы спецификации используемого при испытаниях смазочного масла.

5.3 ТОПЛИВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

5.3.1 Характеристики топлива могут влиять на выбросы двигателем отработавших газов. Следовательно, должны быть определены и зарегистрированы характеристики топлива, используемого при испытаниях. Если используются эталонные топлива, то должны быть представлены эталонный код или спецификации и результаты анализа топлива.

5.3.2 Выбор топлива для испытаний зависит от их цели. Если Администрация не согласует иное и когда нет в распоряжении пригодного эталонного топлива, должно использоваться судовое топливо сорта DM, указанное в ISO 8217 1996 года в имеющее свойства, пригодные для двигателя данного типа.

5.3.3 Температура топлива должна соответствовать рекомендациям изготовителя. Температура топлива должна измеряться на входе топливного насоса высокого давления или в месте, указанном изготовителем, а ее значение и место измерения должны регистрироваться.

5.4 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

5.4.1 Выбросы компонентов газа из двигателя, представленного для испытаний, должны измеряться анализаторами, технические требования к которым изложены в добавлении 3 к настоящему Кодексу.

5.4.2 При условии одобрения Администрацией могут допускаться другие системы или анализаторы, если они обеспечивают равноценные результаты, что и оборудование, упомянутое в 5.4.1.

5.4.3 В настоящем Кодексе не содержится подробных сведений об оборудовании для измерения расхода, давления и температуры. Вместо этого в 1.3.1 добавления 4 к настоящему Кодексу приведены только требования относительно точности такого оборудования, необходимой для проведения испытаний на выбросы.

5.4.4 Технические характеристики динамометра

5.4.4.1 Должен использоваться динамометр двигателя с надлежащими характеристиками для выполнения соответствующего испытательного цикла, указанного в 3.2.

5.4.4.2 Приборы для измерений крутящего момента и частоты вращения должны обеспечивать измерение мощности на валу во всем диапазоне режимов испытательного стенда, указанном изготовителем. В ином случае должны требоваться и регистрироваться дополнительные расчеты.

5.4.4.3 Точность измерительного оборудования должна быть такой, чтобы максимально допустимые отклонения от величин, приведенных в 1.3.1 добавления 4 к настоящему Кодексу, не превышались.

5.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Расход отработавших газов должен определяться одним из методов, указанных в 5.5.1, 5.5.2 или 5.5.3.

5.5.1 Метод непосредственных измерений

Этот метод предусматривает непосредственное измерение расхода отработавших газов измерительным соплом или равноценной измерительной системой и должен соответствовать признанному международному стандарту.

Примечание. Непосредственное измерение расхода газов - трудная задача. Следует принимать меры предосторожности для избежания при измерении ошибок, которые повлекут за собой ошибки в величинах выбросов.

5.5.2 Метод измерения расходов воздуха и топлива

5.5.2.1 Определение расхода отработавших газов в выбросе методом измерения расходов воздуха и топлива должно осуществляться в соответствии с признанным международным стандартом.

5.5.2.2 Должны использоваться расходомеры воздуха и топлива, обладающие точностью, определенной в 1.3.1 добавления 4 к настоящему Кодексу.

5.5.2.3 Расход отработавших газов должен рассчитываться следующим образом:

.1		(для массового расхода влажных отработавших газов)	(4)
или
.2		(для объемного расхода сухих отработавших газов)	(5)
или
.3		(для объемного расхода влажных отработавших газов)	(6)

Примечание. Значения коэффициентов и различны в зависимости от типа топлива (см. таблицу 1 добавления в к настоящему Кодексу).

5.5.3 Метод углеродного баланса

Этот способ заключается в расчете массового расхода отработавших газов по расходу топлива и концентрациям отработавших газов методом углеродного и кислородного баланса, указанного в добавлении 6 к настоящему Кодексу.

5.6 ДОПУСТИМЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ПОКАЗАНИЙ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ И ДРУГИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Калибровка всех измерительных приборов должна соответствовать признанным международным стандартам и требованиям, изложенным в 1.3.1 добавления 4 к настоящему Кодексу.

5.7 АНАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ГАЗА

Анализаторы для определения компонентов газа должны соответствовать техническим требованиям, изложенным в добавлении 3 к настоящему Кодексу.

5.8 КАЛИБРОВКА АНАЛИТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Каждый анализатор, используемый для измерения параметров двигателя и описанный в добавлении 3 к настоящему Кодексу, должен калиброваться так часто, как это необходимо, и как изложено в добавлении 4 к настоящему Кодексу.

5.9 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

5.9.1 Общие положения

5.9.1.1 Подробное описание рекомендуемых систем отбора проб и анализа содержится в 5.9.2 - 5.9.4. Поскольку различные компоновки могут давать равноценные результаты, точное соответствие этим числовым значениям не требуется. Для обеспечения дополнительной информации и координации функций систем могут использоваться такие дополнительные компоненты, как приборы, клапаны, соленоиды, насосы и переключатели. Другие компоненты, которые не требуются для поддержания точности некоторых систем, могут быть исключены, если их исключение основано на надежном техническом анализе.

5.9.1.2 Установки сопротивления впуску и противодавления выпуску должны быть отрегулированы по верхним пределам, указанным изготовителем, согласно 5.2.4 и 5.2.5 соответственно.

5.9.2 Основные компоненты отработавших газов, подлежащие анализу

5.9.2.1 Аналитическая система для определения выбросов газа (СО, , НС, , ) в неочищенных отработавших газах должна основываться на использовании следующих анализаторов:

.1 анализатора типа НПИД для измерения углеводородов;

.2 анализатора типа НДИА для измерения окиси углерода и двуокиси углерода;

.3 анализатора типа НХЛД или эквивалентного анализатора для измерения окислов азота; и

.4 ПМД, ЭХД или ДДЦ для измерения кислорода.

5.9.2.2 Проба всех компонентов неочищенных отработавших газов может отбираться с помощью одного из двух пробоотборников, расположенных в непосредственной близости от анализаторов, и распределяться по различным анализаторам. Необходимо обращать внимание на то, чтобы ни в какой точке аналитической системы не происходило конденсации компонентов отработавших газов (включая воду и серную кислоту)

5.9.2.3 Технические требования к этим анализаторам и их калибровка должны соответствовать изложенным в добавлениях 5 и 6 к настоящему Кодексу соответственно.

5.9.3 Отбор проб для анализа выбросов газов

5.9.3.1 Пробоотборники выбросов газов должны устанавливаться по меньшей мере в 0,5 м или на расстоянии трех диаметров выпускной трубы - в зависимости от того, что больше, - от выходного отверстия газовыпускной системы как можно дальше от двигателя, но достаточно близко к нему, с тем чтобы обеспечить температуру отработавших газов в пробоотборнике по меньшей мере 343 К (70°С).

5.9.3.2 В случае многоцилиндрового двигателя с разветвленным выпускным трубопроводом вход пробоотборника должен быть достаточно отдален от цилиндров на стороне выпуска для обеспечения того, чтобы проба представляла осредненный выброс отработавших газов из всех цилиндров. В многоцилиндровых двигателях с отдельными группами трубопроводов, таких, как двигатель V-образной конструкции, допускается отбор пробы отдельно из каждой группы и расчет осредненного выброса отработавших газов. Могут использоваться другие методы, которые, как продемонстрировано, подобны вышеуказанным. Для расчета выброса отработавших газов должен использоваться полный массовый расход отработавших газов.

5.9.3.3 Если на состав отработавших газов влияет какая-либо система последующей их очистки, то проба отработавших газов должна отбираться на стороне выпуска этого устройства.

5.9.4 Проверка анализаторов

Анализаторы выбросов должны быть установлены на нуль и откалиброваны.

5.9.5 Испытательные циклы

Все двигатели должны быть испытаны в соответствии с испытательными циклами, определенными в 3.2. При этом учитываются различия в назначении двигателей.

5.9.6 Последовательность испытаний

5.9.6.1 После выполнения процедур, указанных в 5.9.1 - 5.9.5, должны начаться испытания в установленной последовательности. Двигатель должен работать в каждом режиме в соответствии с надлежащими испытательными циклами, определенными в 3.2.

5.9.6.2 В течение каждого режима испытательного цикла после начального переходного периода заданная частота вращения должна поддерживаться в пределах от номинальной частоты вращения или , в зависимости от того, что больше, за исключением малых оборотов холостого хода, которые должны быть в пределах допусков, заявленных изготовителем Заданный крутящий момент должен поддерживаться таким образом, чтобы его среднее значение за период измерений отклонялось в пределах от максимального крутящего момента при частоте вращения режима испытаний.

5.9.7 Показания анализаторов

Выходные сигналы анализаторов должны регистрироваться как во время испытаний, так и во время всех проверок сигналов (нуль и поверочный) на ленточном самописце или измеряться с помощью эквивалентной системы сбора данных при прохождении отработавших газов через анализаторы по меньшей мере в течение последних десяти минут каждого режима.

5.9.8 Условия работы двигателя

После стабилизации режима работы двигателя должны быть измерены в каждом режиме частота вращения и нагрузка двигателя, температура всасываемого воздуха и расход топлива. Должен измеряться или рассчитываться и регистрироваться расход отработавших газов.

5.9.9 Перепроверка анализаторов

После испытаний на выбросы должна быть произведена перепроверка калибровки анализаторов с использованием нулевого газа и того же поверочного газа, который использовался до измерений. Испытания должны считаться приемлемыми, если разница между двумя результатами калибровки составляет менее 2%.

5.10 ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

5.10.1 В отношении каждого двигателя, прошедшего испытания для предварительной сертификации или для первоначальной сертификации на судне без предварительной сертификации, изготовитель двигателя должен подготовить протокол испытаний, в котором должны содержаться, как минимум, данные, изложенные в добавлении 5 к настоящему Кодексу. Оригинал протокола испытаний должен храниться в деле изготовителя двигателя, а заверенная копия - в деле Администрации.

5.10.2 Протокол испытаний, будь то оригинал или заверенная копия, должен прилагаться в качестве постоянной части технической документации двигателя.

5.11 ОЦЕНКА ДАННЫХ ВЫБРОСОВ ГАЗОВ

Дли оценки выбросов газов показания самописца за последние 60 секунд каждого режима должны усредняться, а средние концентрации (конц.) СО, , НС, и во время каждого режима должны определяться по средним показаниям самописца и соответствующим данным калибровки.

5.12 РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ГАЗОВ

Окончательные результаты для протокола испытаний должны определяться путем выполнения операций, указанных в 5.12.1 - 5.12.4.

5.12.1 Определение расхода отработавших газов

Расход отработавших газов (, или ) должен определяться для каждого режима в соответствии с одним из методов, указанных в 5.5.1 - 5.5.3.

5.12.2 Поправка на сухую/влажную основу

При применении или измеренная концентрация, если она уже не измерена на влажной основе, должна быть преобразована во влажную основу в соответствии с нижеследующими формулами.

(7)

5.12.2.1 Для неочищенных отработавших газов:

(8)

,

(9)

(10)

где:

- г воды на кг сухого воздуха

- относительная влажность всасываемого воздуха, %

- давление насыщенных паров во всасываемом воздухе, кПа

- полное барометрическое давление, кПа

Примечание. Формулы, в которых используется , являются упрощенными вариантами формул, указанных в разделе 3.7 добавления 6 к настоящему Кодексу (формулы 2-44 и 2-45), которые при применении дают результаты, сравнимые с результатами, предполагаемыми на основе полных формул.

5.12.2.2 В качестве альтернативы:

(11)

5.12.2.3 Для всасываемого воздуха:

(12)

5.12.2.4 Формула 8 должна приниматься как определение коэффициента состава топлива . Определенный таким образом является величиной содержания воды в отработавших газах в зависимости от отношения топлива к воздуху.

5.12.2.5 Типичные значения можно найти в таблице 1 добавления 6 к настоящему Кодексу. В таблице 1 добавления 6 к настоящему Кодексу содержится перечень значений для различных топлив. зависит не только от спецификаций топлива, но также - в меньшей степени - от отношения топлива к воздуху в двигателе.

5.12.2.6 В разделе 3.9 добавления 6 к настоящему Кодексу содержатся формулы для расчета по содержанию водорода в топливе и отношению топлива к воздуху.

5.12.2.7 В формуле 8 предполагается, что составляющие воды от сгорания и воды из всасываемого воздуха независимы и дополняют друг друга. Формула 2-45 в разделе 3.7 добавления 6 к настоящему Кодексу показывает, что эти две составляющие воды не дополняют друг друга. Формула 2-45 является правильным вариантом, но она весьма сложна, и поэтому должны использоваться более практичные формулы 8 и 11.

5.12.3 Поправка на влажность и температуру

5.12.3.1 Поскольку выбросы зависят от состояния окружающего воздуха, концентрация должна быть откорректирована на температуру и влажность окружающего воздуха умножением на коэффициенты, приведенные в формулах 13 и 14.

5.12.3.2 В настоящем Кодексе во всех расчетах, предусматривающих поправку на влажность, должно использоваться стандартное значение влажности 10,71 г/кг при стандартной исходной температуре 25°С. Другие исходные значения влажности, отличающиеся от 10,71 г/кг, не должны использоваться.

5.12.3.3 Могут использоваться другие формулы корректировки, если они могут быть обоснованы или подтверждены по согласованию заинтересованных сторон и если одобрены Администрацией.

5.12.3.4 Вода или пар, подаваемые в нагнетатель воздуха (увлажнение воздуха), рассматриваются как средство ограничения выбросов и поэтому не должны учитываться в поправке на влажность. Вода, которая конденсируется в охладителе наддувочного воздуха, может изменить влажность наддувочного воздуха и поэтому должна учитываться в поправке на влажность.

5.12.3.5 Дизели в целом

Для дизелей в целом должна использоваться следующая формула для расчета :

,

(13)

где:

- температура воздуха, К

- влажность всасываемого воздуха, г воды на кг сухого воздуха (определяемая по формуле 10)

5.12.3.6 Дизели с промежуточным охлаждением воздуха

Для дизелей с промежуточным охлаждением воздуха должна использоваться следующая альтернативная формула 14:

,

(14)

где:

- температура воздуха после промежуточного охлаждения

- исходная температура воздуха после промежуточного охлаждения, соответствующая температуре забортной воды 25°С. должна быть установлена изготовителем.

.1 Для учета влажности наддувочного воздуха добавляется следующее соображение.

Hsc - влажность наддувочного воздуха, г воды на кг сухого воздуха, причем:

,

где:

Psc - давление насыщенных паров в наддувочном воздухе, кПа

PC - давление наддувочного воздуха, кПа

.2 Если , то в формуле 14 вместо На должна использоваться Hsc. В этом случае в 5.5.2.3 должно быть скорректировано следующим образом:

.3 Если На<Hsc, то в формуле 14 На должна использоваться ках таковая.

Примечание. Пояснения других переменных величин приведены в формуле 13.

5.12.4 Расчет массовых выбросов

5.12.4.1 Массовые выбросы в каждом режиме должны рассчитываться следующим образом (для неочищенных отработавших газов):

(15)

или

(16)

или

(17)

5.12.4.2 Коэффициенты u-вл., v-cyx. и w-вл. должны использоваться, как указано в таблице 5.

Таблица 5. Коэффициенты u, v, w

Газ	u	v	w	конц.
	0,001587	0,002053	0,002053
СО	0,000966	0,00125	0,00125
НС	0,000479	-	0,000619
	15,19	19,64	19,64	проценты
	11,05	14,29	14,29	проценты

Примечание. Значения коэффициента u, приведенные в таблице 5, верны только при плотности отработавших газов, составляющей 1,293; при плотности отработавших газов u=w/плотность.

5.12.5 Расчет удельных выбросов

5.12.5.1 Выбросы всех отдельных компонентов должны рассчитываться следующим образом:

,

(18)

где:

5.12.5.2 Весовые коэффициенты и количество режимов (n), используемые в вышеуказанном расчете, соответствуют положениям 3.2.

5.12.5.3 Результат расчета средневзвешенного выброса из двигателя, определяемого по формуле 18, необходимо затем сопоставить с рис.1 в 3.1, с тем чтобы установить, соответствует ли двигатель правилу 13 Приложения VI.